Spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif - Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy

Spectromètre d'émission atomique ICP.

La spectroscopie d'émission atomique à plasma à couplage inductif (ICP-AES), également appelée spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES), est une technique analytique utilisée pour la détection d'éléments chimiques. C'est un type de spectroscopie d'émission qui utilise le plasma couplé par induction pour produire des atomes et des ions excités qui émettent un rayonnement électromagnétique à des longueurs d'onde caractéristiques d'un élément particulier . Le plasma est une source à haute température de gaz source ionisé (souvent de l'argon). Le plasma est entretenu et maintenu par couplage inductif à partir de bobines électriques refroidies à des fréquences mégahertz. La température de la source est comprise entre 6 000 et 10 000 K. L'intensité des émissions de diverses longueurs d'onde de la lumière est proportionnelle aux concentrations des éléments dans l'échantillon.

Mécanisme

ICP Plasma "torche".

L'ICP-AES est composé de deux parties : l'ICP et le spectromètre optique . La torche ICP se compose de 3 tubes concentriques en verre de quartz . La bobine de sortie ou "de travail" du générateur de radiofréquence (RF) entoure une partie de cette torche à quartz. Le gaz argon est généralement utilisé pour créer le plasma .

Les ICP ont deux modes de fonctionnement, appelés mode capacitif (E) à faible densité de plasma et mode inductif (H) à haute densité de plasma, et la transition de mode de chauffage E à H se produit avec des entrées externes. La torche fonctionne en mode H.

Lorsque la torche est allumée, un champ électromagnétique intense est créé dans la bobine par le signal radiofréquence de haute puissance circulant dans la bobine. Ce signal RF est créé par le générateur RF qui est, en fait, un émetteur radio haute puissance entraînant la "bobine de travail" de la même manière qu'un émetteur radio typique entraîne une antenne émettrice. Les instruments typiques fonctionnent à 27 ou 40 MHz. Le gaz argon circulant à travers la torche est allumé avec une unité Tesla qui crée un bref arc de décharge à travers le flux d'argon pour initier le processus d'ionisation. Une fois le plasma « enflammé », l'unité Tesla est éteinte.

Le gaz argon est ionisé dans le champ électromagnétique intense et s'écoule selon un schéma particulier à symétrie de rotation vers le champ magnétique de la bobine RF. Un plasma stable à haute température d'environ 7000 K est alors généré à la suite des collisions inélastiques créées entre les atomes d'argon neutres et les particules chargées.

Une pompe péristaltique délivre un échantillon aqueux ou organique dans un nébuliseur analytique où il est transformé en brouillard et introduit directement à l'intérieur de la flamme plasma. L'échantillon entre immédiatement en collision avec les électrons et les ions chargés du plasma et est lui-même décomposé en ions chargés . Les différentes molécules se décomposent en leurs atomes respectifs qui perdent alors des électrons et se recombinent à plusieurs reprises dans le plasma, dégageant un rayonnement aux longueurs d' onde caractéristiques des éléments impliqués.

Dans certaines conceptions, un gaz de cisaillement, généralement de l' azote ou de l'air comprimé sec, est utilisé pour « couper » le plasma à un endroit spécifique. Une ou deux lentilles de transfert sont ensuite utilisées pour focaliser la lumière émise sur un réseau de diffraction où elle est séparée en ses longueurs d'onde composantes dans le spectromètre optique. Dans d'autres conceptions, le plasma frappe directement une interface optique qui consiste en un orifice d'où sort un flux constant d'argon, déviant le plasma et assurant un refroidissement tout en permettant à la lumière émise par le plasma d'entrer dans la chambre optique. D'autres conceptions encore utilisent des fibres optiques pour acheminer une partie de la lumière vers des chambres optiques séparées.

Dans la ou les chambres optiques, une fois la lumière séparée en ses différentes longueurs d'onde (couleurs), l'intensité lumineuse est mesurée à l'aide d'un ou de plusieurs tubes photomultiplicateurs physiquement positionnés pour « visualiser » la ou les longueurs d'onde spécifiques pour chaque ligne d'élément impliquée, ou, dans des unités plus modernes, les couleurs séparées tombent sur un réseau de photodétecteurs à semi-conducteurs tels que des dispositifs à couplage de charge (CCD). Dans les unités utilisant ces réseaux de détecteurs, les intensités de toutes les longueurs d'onde (dans la plage du système) peuvent être mesurées simultanément, permettant à l'instrument d'analyser tous les éléments auxquels l'unité est sensible en même temps. Ainsi, les échantillons peuvent être analysés très rapidement.

L'intensité de chaque ligne est ensuite comparée aux intensités précédemment mesurées de concentrations connues des éléments, et leurs concentrations sont ensuite calculées par interpolation le long des lignes d'étalonnage.

De plus, un logiciel spécial corrige généralement les interférences causées par la présence de différents éléments dans une matrice d'échantillon donnée.

Applications

Des exemples d'application de l'ICP-AES comprennent la détermination des métaux dans le vin, de l'arsenic dans les aliments et des oligo-éléments liés aux protéines.

ICP-OES est largement utilisé dans le traitement des minéraux pour fournir les données sur les teneurs de divers cours d'eau, pour la construction de bilans de masse.

En 2008, la technique a été utilisée à l'Université de Liverpool pour démontrer qu'une amulette Chi Rho trouvée à Shepton Mallet et considérée auparavant comme l'une des premières preuves du christianisme en Angleterre , ne datait que du XIXe siècle.

L'ICP-AES est souvent utilisé pour l'analyse des éléments traces dans le sol, et c'est pour cette raison qu'il est souvent utilisé en médecine légale pour déterminer l'origine des échantillons de sol trouvés sur les scènes de crime ou sur les victimes, etc. la composition métallique et en prélevant l'échantillon obtenu à partir de preuves et déterminer que la composition métallique permet une comparaison. Bien que les preuves du sol ne soient pas seules devant les tribunaux, elles renforcent certainement d'autres preuves.

Elle est également en passe de devenir la méthode analytique de choix pour la détermination des niveaux de nutriments dans les sols agricoles. Ces informations sont ensuite utilisées pour calculer la quantité d'engrais nécessaire pour maximiser le rendement et la qualité des cultures.

ICP-AES est utilisé pour l' analyse de l' huile moteur . L'analyse de l'huile moteur usagée révèle beaucoup de choses sur le fonctionnement du moteur. Les pièces qui s'usent dans le moteur vont déposer des traces dans l'huile qui peuvent être détectées avec ICP-AES. L'analyse ICP-AES peut aider à déterminer si des pièces sont défaillantes. De plus, l'ICP-AES peut déterminer la quantité de certains additifs d'huile restante et donc indiquer la durée de vie restante de l'huile. L'analyse de l'huile est souvent utilisée par les gestionnaires de flotte ou les passionnés d'automobile qui souhaitent en savoir le plus possible sur le fonctionnement de leur moteur. L'ICP-AES est également utilisé lors de la production d'huiles moteur (et d'autres huiles lubrifiantes) pour le contrôle qualité et le respect des spécifications de production et de l'industrie.

Voir également

Les références

Liens externes